大容量NORFlash與8位單片機的接口設(shè)計

1、大容量NOR Flash和8位單片機的接口設(shè)計引言Flash存儲器又稱閃速存儲器，是20世紀80年代末逐漸發(fā)展起來的一種新型半導(dǎo)體不揮發(fā)存儲器。它兼有RAM和ROM的特點，既可以在線擦除、改寫，又能夠在掉電后保持數(shù)據(jù)不丟失。NOR Flash是Flash存儲器中最早出現(xiàn)的一個品種，和其他種類的Flash存儲器相比具有以下優(yōu)勢：可靠性高、隨機讀取速度快，可以單字節(jié)或單字編程，允許CPU直接從芯片中讀取代碼執(zhí)行等。因此NOR Flash存儲器在嵌入式系統(tǒng)使用開發(fā)中占有非常重要的地位。本文以SST公司的NOR Flash芯片SST39SF040和MCS-51單片機為例，針對大容量NORFlash在8

2、位低檔單片機中使用的特殊性，詳細介紹了其接口硬件和接口軟件的設(shè)計方法。1 SST39SF040 芯片介紹SST39SF040 是SST公司最近推出的一種基于SuperFlash技術(shù)的NOR Flash存儲器，屬于SST公司并行閃速存儲器系列；適用于需要程序在線寫入或大容量、非易失性數(shù)據(jù)重復(fù)存儲的場合。1.1芯片內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)和外部引腳圖1是SST39SF040的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)框圖，由Super-Flash存儲單元、行譯碼器、列譯碼器、地址緩沖和鎖存器、輸入/輸出緩沖和數(shù)據(jù)鎖存器以及控制邏輯電路等部分組成。圖2是其外部引腳分布圖，其中A18A0為地址線，CE為芯片選通信號，OE可作為讀信號，WE為寫

3、信號，DQ7DQ0為數(shù)據(jù)線。1.2芯片的主要特性 容量為512 KB，按512KX 8位結(jié)構(gòu)組織。 采用單一的5 V電源供電，編程電源 VPP在芯片內(nèi)部產(chǎn)生。 芯片可反復(fù)擦寫100 000次，數(shù)據(jù)保存時間為100年 工作電流典型值為 10 mA，待機電流典型值為 30 »A 扇區(qū)結(jié)構(gòu)：扇區(qū)大小統(tǒng)一為4 KB讀取、擦除和字節(jié)編程時間的典型值：數(shù)據(jù)讀取時間為4570 ns ;扇區(qū)擦除時間為18 ms，整片擦除時間為 70 ms ;字節(jié)編程時間為 14»s有記錄內(nèi)部擦除操作和編程寫入操作完成和否的狀態(tài)標志位。具有硬、軟件數(shù)據(jù)保護功能。具有地址和數(shù)據(jù)鎖存功能。輸川出控甲麼5flSu

4、perFlublid/367冑句loili2Dl4e16O 9 8 7 -ft 5 4 .3 2 1 B 9 fi r.3 3 3 22 22 222 2 K I I IS 1 SST35SF040圖 2&ST39SF040 孫部1.3芯片的操作芯片的軟件操作命令序列SST39SF040的軟件操作可以分成兩類：普通讀操作和命令操作。普通讀操作非常簡單，和RAM的讀操作類似，當 OE和CE信號同時為低電平時，即可從芯片讀出數(shù)據(jù)。1所列。其中，BA芯片的命令操作包括芯片的識別、字節(jié)編程、扇區(qū)擦除以及整片擦除等。這些操作分別由各自的軟件操作命令序列來完成，如表為待編程字節(jié)的地址，Data為字

5、節(jié)編程數(shù)據(jù)，SAX為待擦除扇區(qū)的地址。命令中的地址只有低15位有效，高4位可任意設(shè)置為 “0或“1。ft 1 SST39SF040SST39SF040的軟件操作命令序列實際上是由一個或多個總線寫操作組成的。以SST39SF040的扇區(qū)擦除為例，其操作過程包括3個步驟：第1怖4庠列 i十斗劇IB廉9十寫罔瞎刊*牛巧罔熹第5嚀斗冷期第6卜期嘲用ft*庖址M埋扯a*-忌訕AAHAAAILMHOiltB55- HAAH勺科HBll«AAA11SAX5倔HAAMS&H立站討UcM155SHA AH2AAAH55M5S5EHioH*4 in 人口陰沾11AAU認MM別3555H姐H恢井o

6、 a a IXXIIranRH 1041 ：'爭 Ili：' HlAAll51H步，開啟擦除方式，用表1中給出的第1至第5周期的總線寫操作來實現(xiàn)；第2步，裝載扇區(qū)擦除命令（30H）和待擦除扇區(qū)的地址，用其對應(yīng)的第6周期的總線寫操作來實現(xiàn)；第3步，進行內(nèi)部擦除。內(nèi)部擦除時間最長為25 ms總線寫操作時，OE必須保持為高電平，CE和WE應(yīng)為低電平。地址和數(shù)據(jù)的鎖存由CE和WE兩個信號的邊沿進行控制。它們當中后出現(xiàn)的下降沿將鎖存地址，先出現(xiàn)的上升沿將鎖存數(shù)據(jù)。字節(jié)編程和擦除操作的狀態(tài)檢測芯片在進行內(nèi)部字節(jié)編程或擦除操作時都需要花費一定的時間，雖然可以采用固定的延時來等待這些操作的完成

7、，但為了優(yōu)化系統(tǒng)的字節(jié)編程和擦除操作時間，以及時判斷內(nèi)部操作的完成和否，SST39SF040 提供了兩個用于檢測的狀態(tài)位，即跳變位DQ6和數(shù)據(jù)查詢位 DQ7。在芯片進行內(nèi)部操作時，只要根據(jù)圖 3的流程對DQ6或者DQ7進行查詢就能及時作出判斷。2 SST39SF040 和 MCS-51 的接口設(shè)計2.1硬件設(shè)計硬件設(shè)計就是搭建合適的接口電路，將SST39SF040 連接到MCS-51的系統(tǒng)總線上。根據(jù)SST39SF040 和MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu)特性，我們發(fā)現(xiàn)SST39SF040的數(shù)據(jù)線和讀、寫信號線可以很容易地連接到MCS-51的系統(tǒng)總線上，所以要考慮的主要問題是SST39SF040

8、地址線的連接。由于其容量已經(jīng)超出了MCS-51的尋址范圍，19根地址線無法全部連接到MCS-51的地址總線上，因此必須在該系統(tǒng)中進行進一步的存儲器擴展。存儲器擴展通?？衫脝纹瑱C空閑的I/O 口線作為頁面地址輸出引腳來實現(xiàn)。但是許多使用系統(tǒng)當中，單片機的I/O 口線都是非常緊張的，在沒有多余的I /O 口線時，頁面地址就必須提前從數(shù)據(jù)總線輸出并存放在鎖存器中備用。具體做法是：將鎖存器直接掛在數(shù)據(jù)總線上，為其安排一個I/O地址，從而構(gòu)成頁面寄存器，在訪問存儲器時，提前將頁面地址作為數(shù)據(jù)寫入頁面寄存器即可。圈呂內(nèi)邪撮作尊待査詢鍛程根據(jù)以上分析可設(shè)計出SST39SF040和MCS-51之間的接口電路

9、， 如圖4所示。本系統(tǒng)中，將512 KB的存儲器分為 32頁面，每頁大小為16 KB由此可得，頁面地址需要5位，頁內(nèi)偏移量需要14位。頁面地址的給出是在進行存儲器訪問之前完成的，具體的方法是：用一條“MOVX"命令將頁面地址輸出到鎖存器74LS374中，再由74LS374將頁面地址保持在存儲器的地址引腳A14A18上。頁內(nèi)偏移量則直接在存儲器的讀寫命令中給出，執(zhí)行命令時，低 8位地址A0A7從P0 口輸出到74LS373中保持；地址 A8A13則由單片機的 P2.0P2.5直接提供。以上分時輸出的地SKT39SF040 和鎖存器 74LS374的片選信號，SST39SF040 的片選

10、信號地址范圍是8000HBFFFH , 74LS374 的片選信號地址范圍是4000H7FFFH 。MCS 51SS139SFW0團接口電略團2.2軟件設(shè)計軟件設(shè)計就是編寫對SST39SF040的操作程序，包括字節(jié)讀出、扇區(qū)或整片擦除以及字節(jié)編程等。下面給出第1個扇區(qū)的擦除程序，其中DELAY25為25 ms延時子程序，其他操作程序可參照編寫。程序編寫過程中的難點是，如何將SST39SF040中待訪問的單元地址進行分解并對應(yīng)到讀寫命令中去。以扇區(qū)擦除操作的第1個命令為例，該命令的功能是將數(shù)據(jù) AAH寫入地址 5555H中。對于地址 5555H，其最高5位A18A14是01H，低14位A13A0

11、為1555H。最高5位地址決定 的頁面號必須先作為數(shù)據(jù)寫入鎖存器74LS374中，再將數(shù)據(jù)AAH寫入該頁中由低14位地址決定的單元。 寫入頁面號時，指令中的地址可在 4000H7FFFH范圍內(nèi)任選一個，即選中鎖存器74LS374 ;寫人數(shù)據(jù) AAH時，指令中的地址可由低14位地址1555H加上8000H得到，其值為 9555H。第1扇區(qū)擦除程序代碼如下：ERA5E.1:MOVDPTR.MOVA. #0)HMOVX C$BPTK,A74LS374鎖存，萍為巖武前5位地處MOVDPTR. fl 9555 HI&555H高2位為片選怕號其余為晦址All A0MOVA, OAAHMCVX 1J

12、PTR?A *將數(shù)據(jù)AAH 人砧對H地址WVDFTR, WOMOVMOVXA, £tX)H(DFTR.AMOVDFTR OAAAAHMOVA, S55HMOVXDPTR.A數(shù)抵55H裝人SAAAH地址MOVyovDFTR. -400&a, eaiH(DPTR.AMOVDFTR. s：9555HMOV擬訶HMOVXDPTRtA 瘍數(shù)犧 flOH $5A 555511 地址MOVA* ifOAAHM(>VXMOVMOV® DP IK, A *將菽拯此AH裟入鈿弱H地址DFTR T # 4000At ft OOHMOVXDPTR,AMOVDPTfL OAAAAHMOVA.M5HMO